DE3104410A1

DE3104410A1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE3104410A1
Application number: DE19813104410
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Dietz; Gerhard Dr Holfelder; Klaus Dr Mueller; Harald Dr Reber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-01-18
Filing date: 1981-02-07
Publication date: 1982-08-19

Description

Sensoranordnung
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nach der Gattung des Hauptanspruches.
Es ist bekannt, die im Brennraum einer Brennkraftmaschine ablaufenden Verbrennungsvorgänge während des Betriebes der Brennkraftmaschine nach verschiedenen Gesichtspunkten unter Erfassung verschiedenartiger physikalischer Parameter zu messen. Hierzu gehört beispielsweise die Erfassung der zeitlichen und räumlichen Ausbreitung des Verbrennungsvorganges, die Erfassung des Zündzeitpunktes, die Erfassung von Einspritzvorgängen, die Ausmessung von irregulären Verbrennungen sowie die Messung des Sauerstoff-Partialdruckes.
Zur Ausmessung des Verbrennungsvorganges, insbesondere hinsichtlich des Auftretens von irregulären Verbrennungen, ist es bekannt, den Verbrennungsvorgang mit optischen Mitteln zu beobachten und zu messen. So ist beispielsweise in der Motortechnischen Zeitschrift 39 (1978), Seite 385 ein spektrometrisches Verfahren zur Untersuchung der Verbrennung im Dieselmotor beschrieben, bei dem ein Quarzfenster in der Brennraumwand angebracht ist, durch das eine spektrometrische Beobachtung der Verbrennungsvorgänge möglich ist.
Andererseits ist es bekannt, den Sauerstoff-Partialdruck von Brenngasen durch sogenannte Lambda- oder Grenzstromsonden zu erfassen, d.h. Sonden, die einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten aufweisen, der an zwei Grenzflächen einmal vom zu messenden Brenngas und zum anderen von einem Referenzgas beaufschlagt ist. Die hierzu üblicherweise verwendeten Keramikkörper sind dabei auf ihren Grenzflächen mit Elektroden aus einer gasdurchlässigen dünnen Platinschicht versehen. Eine derartige Lambda-Sonde ist beispielsweise in Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 18. Auflage, Seite 275 beschrieben.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Sensoranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß eine optische Messung und eine Lambda-Messung am gleichen Ort und zu gleicher Zeit möglich ist, wobei durch die Anordnung beider Meßsysteme in einem zündkerzenartigen Gehäuse eine leichte Montage in einem Motorblock in einer Brennkraftmaschine möglich ist. Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1a ein Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung; Figur 1b eine Draufsicht auf ein scheibenförmiges Keramikteil, wie es bei der Anordnung nach Figur 1a verwendet wird.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles Tn Figur 1a ist mit 1 ein zündkerzenartiges Metallgehäuse bezeichnet, das ein übliches Außengewinde 2 zum Einschrauben des Gehäuses 1 in einen Motorblock sowie einen Außeschskant 3 zum Ansetzen eines Werkzeuges aufweist.
Im Inneren des Metallgehäuses 1 befindet sich ein elektrisch nicht leitender Druckkörper 4, der einen Hohlraum 5 umschließt. Am brennraumseitigen Ende des Gehäuses 1 wird der Hohlraum 5 mit einer Scheibe 6, am brennraumabgewandten Ende mit einem Lichtleitfaserkabel 7 abgeschlossen. Die Scheibe 6 ist dabei mit den Dichtungen 8 bzw. 9 gegen den Druckkörper 4 bzw. einen Innenwulst 10 des ,ellSiuse3 1 gelagert. Die Scheibe 6 ist weiterhin auf illre Vor- und Rückseite jeweils mit einer Elektrodenanoriniing versehen, wie sie in Figur ib dargestellt ist.
Die Elektrodenanordnung besteht dabei aus einer zentrischen Elektrode 11 bzw. 11', die über Leiterbahnen 12 mit einer ringförmig am Außenrand der Scheibe 6 angeordneten Kontaktfläche 13 verbunden sind. Dabei steht die Kontaktfläche 13 auf der brennraumzugewandten Oberfläche der Scheibe 6 mit dem Metallgehäuse 1 in Verbindung, während die Kontaktfläche 13', die dem Hohlraum 5 zugewandt ist, an eine weitere Leiterbahn 14 angeschlossen ist, die zum Lichtleitfaserkabel 7 führt und dort an eine metallische Faser oder einen vom Metallgehäuse 1 isolierten, leitenden Außenmantel 15 angeschlossen ist.
Am brennraumabgewandten Ende der Sensoranordnung ragt das Druckteil 4 aus dem Metallgehäuse 1 heraus und wird von einem Stecker 16 umschlossen, in dem das Lichtleitfaserkabel 7 geführt ist. Schließlich steht der Hohlraum 5 über eine Bohrung 17 mit der Außenluft in Verbindung.
Dns im Brennraum auftretende Licht gelangt ti t( Ii Scheibe 6 und den Hohlraum 5 auf das Lichtleitlaserkabel 7, so daß auf diese Weise ohne weiteres eine optische Beobachtung des Brennraums möglich ist. Der Hohlraum 5 kann mit einem nicht gezeichneten massiven und temperaturbeständigen Lichtleiter, z.B. Quarzglas, teilweise ausgefüllt sein. Die Luftzufuhr zur Elektrode 11' wird dabei nicht beeinträchtigt. Die Scheibe 6 ist darüber hinaus aus einem Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten, beispielsweise einer ZrO2-Keramik aufgebaut, und wirkt als Sauerstoffsonde. Die dem Brennraum zugewandte Oberfläche der Scheibe 6 mit der Elektrode 11 ist dabei nämlich den Brenngasen ausgesetzt und die brennraumabgewandte Seit; mit der Elektrode 11' dem Referenzgas, die behrung 17 in den Hohlraum 5 strömt, Selbstverständlich ist die im Ausführungsbeispiel dargestellte scheibenförmige Ausgestaltung der Scheibe 6 nur beispielhaft gemeint, es versteht sich von selbst, daß die Scheibe 6 wie in Figur 1a angedeutet linsenförmig geschliffen sein kann, um das einfallende Licht auf das Ende des Lichtleitfaserkabels 7 zu konzentrieren. Darüber hinaus ist es möglich, statt einer Scheibe 6 ein fingerhutförmiges Keramikteil zu verwenden, das sich vom Hohlraum 5 zum Brennraum hin erstreckt.
Es versteht sich weiter von selbst, daß mit der geschilderten Sonde sowohl potentiometrische wie polarographische Meßverfahren durchgeführt werden können.

Claims

Ansprüche 1> Sensorånordnung zur Erfassung von physikalischen Vorgängen im Brennraum einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem, dem Brennraum zugewandten, in einem vorzugsweise zündkerzenartig ausgebildeten Gehäuse angeordneten Lichtleiter, insbesondere nach Patentanmeldung P 30 01 711.9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Sauerstoffsonde mit Sauerstoffionen leitendem Festelektrolyten im Gehäuse (1) angeordnet ist.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Festelektrolyt ein brennraumseitig angeordnetes, lichtdurchlässiges Keramikteil verwendet wird.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikteil aus stabilisiertem ZrO2 besteht.
4. Sensoranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das-Keramikteil einen Hohlraum (5) im Gehäuse (1) zum Brennraum hin verschließt, wobei in den Hohlraum (5) ein Referenzgas einleitbar ist.
5. Sen-soranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Vor- und Rückseite des Keramikteiles Elektroden (11, 11') angeordnet sind, die an Masse bzw. eine Zuleitung (14) angeschlossen sind.
6. Sensoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11, 11') punkförmig und zentrisch auf dem Keramikteil angeordnet sind und über-Leiterbahnen (12, 12') mit Masse bzw. der Zuleitung (14) verbunden sind.
7. Sensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11, 11') in Dünnschichttechnik aufgebracht und dadurch lichtdurchlässig sind und mit den Leiterbahnen (12, 12') verbunden sind.
8. Sensoranordnung nach ein-em der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikteil als Scheibe (6) ausgebildet ist.
9. Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) linsenförmig ausgebildet ist, derart, daß das einfallende Licht auf den Lichtleiter (7) gebündelt wird.
10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikteil fingerhutförmig ausgebildet ist.